Решение. Мы покажем несколько способов решения этой задачи (частично во II варианте).
Прежде всего заметим, что обе функции непрерывны на ℝ и каждая из них монотонно возрастает на ℝ. Действительно,

так как 
Нетрудно показать, что множество значений каждой функции — также ℝ (для второй функции мы это увидим немного ниже).
I способ. Рассмотрим абсциссы точек пересечения каждого из графиков данных функций с прямой


т. е. это точка 
Для второй функции:


Квадратное уравнение (1) имеет два различных корня, так как его дискриминант
положителен при любых значениях параметра a. Корни:

Проверим выполнение условия (2). Для этого рассмотрим квадратичную функцию (левую часть уравнения (1)):
Вычислим 
Поскольку ветви графика функции f(x) направлены вверх, и
это означает, что число
находится между корнями этого квадратного трехчлена. Таким образом,
и решением системы (1), (2) является
(Одновременно мы показали, что множеством значений функции
является ℝ.)
Замечание. Некоторые учащиеся доказывали, что корень
посторонний, следующим образом:
а
забывая при этом, что неравенство
для отрицательных a неверно, т. е. верный вывод делался на основании неверных рассуждений (что является серьезной ошибкой).
Итак, точка пересечения прямой y = a с графиком второй функции существует и единственна при любом a, и имеет координаты 
Длина отрезка M1M2
так как при любых значениях a 
Теперь нам надо найти наименьшее значение функции
на ℝ. Для этого возьмем производную:

Найдем критические точки функции. Производная
определена при всех a и равна нулю при
т. е.
т. е. при a = 1. Определим знаки производной: при
при
Таким образом, на (−∞; 1] функция l(a) убывает, а ее наименьшее значение равно l(1); на [1; +∞) функция возрастает, ее наименьшее значение есть l(1).
Мы показали, что наименьшее значение функции l(a) на ℝ равно
Это и есть длина наименьшего отрезка прямой y = a с концами на графиках данных функций.
Ответ: 
II способ. Пусть прямая y = a пересекает график функции
в точке
а график другой заданной функции — в точке
Так как ординаты этих точек равны, то
т. е.
и кроме того, длина отрезка M1M2 равна




(Мы сразу раскрыли модуль, поскольку величина
положительна при любом
так как
)
Рассмотри функцию
(мы заменили x2 на t из соображений удобства записи). Эта функция определена, непрерывна и дифференцируема на ℝ. Ее производная
обращается в нуль в случае


На рисунке изображены знаки производной и характер монотонности рассмотренной функции. Отсюда видно, что наименьшее значение функции равно
(Обоснования могут быть аналогичными приведенным в I способе решения.)

является искомым наименьшим значением длин указанного отрезка.
III способ. (предложен Ю. П. Дудинцыным). Выпишем уравнение касательной к графику функции
параллельной прямой
Найдем абсциссы точек касания, т. е. такие x0, что 

Составим систему, равносильную уравнению (3):

(в неравенстве системы мы написали
поскольку правая часть в (3) никогда не обращается в нуль; но это несущественно, можем написать и стандартное неравенство
).
Таким образом, нами установлено, что такая касательная существует и единственна, касание происходит в точке с абсциссой
и ординатой

Уравнение касательной
или 
Рассмотрим разность

Покажем, что эта разность неотрицательна для любого
Введем вспомогательную функцию

Нетрудно видеть, что производная
обращается в нуль в единственной точке
(см. уравнение (3)). Таблица монотонности здесь такая же, как и во втором способе, и
— наименьшее значение функции 𝜑(x):

(как и должно быть, поскольку 𝜑(x) — разность между значениями функции и ординаты касательной к ее графику в точке с абсциссой
).
Таким образом,
и график функции
лежит выше графика функции
за исключением единственной точки касания 
C другой стороны, график прямой
лежит ниже графика касательной 
Мы показали, что графики функции
и прямой
а следовательно, любой отрезок прямой y = a с концами на данных графиках длиннее соответствующего отрезка прямой y = 1, один конец которого лежит в рассматриваемой точке касания, а другой — на прямой
Длина этого отрезка
